توضیحات پروژه

  دارای 63 صفحه می باشد و دارای تنظیمات و فهرست کامل در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد   کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد.

این پروژه توسط مرکز مرکز پروژه و مقالات آماده و تنظیم شده است

توجه : توضیحات زیر بخشی از متن اصلی می باشد که بدون قالب و فرمت بندی کپی شده است

بخشی از فهرست مطالب پروژه

چکیده
فصل اول (مقدمه)
1-1- مقدمه  
فصل دوم (شناخت لیزر)
1-2- معرفی  
2-2- انواع لیزر  
3-2- انتخاب لیزر  
4-2- طول عمر لیزر نیمه هادی  
فصل سوم (لیزر VCSEL)
1-3- MICRO – OPTICS  
2-3- قطعات MICRO غیر فعال برای VCSEL  
3-3- استفاده تکنولوژی DIRECT  INTEGRATION برای PASSIVE  MICRO – OPTICS روی سطح VCSEL  
فصل چهارم (استفاده از VCSEL قابل تنظیم برای سیستم‌های با فاصله‌ی کم و به هم متصل)
1-4- عملکرد سیستم  
2-4- VCSEL با طول موج بلند  
3-4- VCSEL قابل تنظیم  
4-4- VCSEL غیر قابل تنظیم سرعت بالا  
5-4- VCSEL با طول موج کوتاه  
6-4- ویژگی‌های VCSEL با طول موج کوتاه  
7-4- VCSEL با طول موج بلند  
فصل پنجم (کاربرد شبکه‌های عصبی لیزر در سیستم‌های مخابراتی)
1-5- شبکه‌های عصبی  
2-5- یک سیستم عصبی تغییر اطلاعات  
3-5- یک بسته عصبی نوری تغییر دهنده  
ABSTRACT  
REFERENCES  

بخشی از منابع و مراجع پروژه

1 A. J. Liu, W. Chen, H. W. Qu et al., “Single-mode holey vertical- cavity surface-emitting laser with ultra-narrow beam divergence,” Laser Physics Letters, vol. 7, no. 3, pp. 213–217, 2010

2 A. K. Nallani, T. Chen, D. J. Hayes, W. S. Che, and J. B. Lee, “A method for improved VCSEL packaging using MEMS and ink-jet technologies,” Journal of Lightwave Technology, vol. 24, no. 3, pp. 1504–1512, 2006

3 A. Kroner, I. Kardosh, F. Rinaldi, and R. Michalzik, “Towards VCSEL-based integrated optical traps for biomedical applications,” Electronics Letters, vol. 42, no. 2, pp. 93–94, 2006

4 A. Liu, M. Xing, H. Qu, W. Chen, W. Zhou, and W. Zheng, “Reduced divergence angle of photonic crystal vertical-cavity surface-emitting laser,” Applied Physics Letters, vol. 94, no. 19, Article ID 191105,

5. A. Nallani, T. Chen, J. B. Lee, D. Hayes, and D.Wallace, “Wafer level optoelectronic device packaging using MEMS,” in Smart Sensors, Actuators, and MEMS II, vol. 5836 of Proceedings of SPIE, pp. 116–127, May

6. A. Suzuki, Y. Wakazono, S. Suzuki et al., “High optical coupling efficiency using 45-ended fibre for low-height and lowcost optical interconnect modules,” Electronics Letters, vol. 44, no. 12, pp. 724–725, 2008

7 A. Tuantranont, V. M. Bright, J. Zhang, W. Zhang, J. A. Neff, and Y. C. Lee, “Optical beam steering using MEMS-controllable microlens array,” Sensors and Actuators A, vol. 90, no.3, pp. 363–372, 2001

8 Artundo, I. et al., ”Selective optical broadcast component for reconfigurable multiprocessor interconnects,” IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, vol.12, no.4, pp.828-837, July-Aug

9. B. K¨ogel et al., ”Long-wavelength MEMS tunable vertical-cavity surface-emitting lasers with high sidemode suppression” 2006 J. Opt. A: Pure Appl. Opt. 8 S

10. B. K¨ogel et al., ”Tuning Dynamics of Micromachined Surface-Emitting Lasers with Broadband Long- Wavelength Coverage,” Photonics in Switching, 2007 , vol., no., pp.111-112, 19-22 Aug

11. B. K¨ogel, A. Abbaszadehbanaeiyan, P.Westbergh et al., “Integrated tunable VCSELs with simpleMEMS technology,” in Proceedings of the 22nd IEEE International Semiconductor Laser Conference (ISLC ’10), pp. 26–30, 2010

12 B. K¨ogel. et al., ”Integrated Tunable VCSELs With Simple MEMS Technology” IEEE Semiconductor Laser Conference 2010,ISLC

13. B. Reig, T. Camps, D. Bourrier, E. Daran, C. Vergnen`egre, and V. Bardinal, “Design of active lens for VCSEL collimation,” in Advances in Optical Technologies 11 Micro-Optics 2010, vol. 7716 of Proceedings of SPIE, p. 771620,

14. C. Debaes,M. Vervaeke, V. Baukens et al., “Low-costmicrooptical modules for MCM level optical interconnections,” IEEE Journal on Selected Topics in Quantum Electronics, vol. 9, no. 2, pp. 518–530, 2003

15 C. Gimkiewicz, M. Moser, S. Obi et al., “Wafer-scale replication and testing of micro-optical components for VCSELs,” in Micro-Optics, VCSELs, and Photonic Interconnects, vol. 5453 of Proceedings of SPIE, pp. 13–26, April

16. C. Gorecki, L. Nieradko, S. Bargiel et al., “On-chip scanning confocal microscope with 3D MEMS scanner and VCSEL feedback detection,” in Proceedings of the 4th International Conference on Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems (TRANSDUCERS ’07), pp. 2561–2564, June

17. C. H. Hou, C. C. Chen, B. J. Pong et al., “GaN-based stacked micro-optics system,” Applied Optics, vol. 45, no. 11, pp. 2396– 2398, 2006

18 C. J. Chang-Hasnain, “Tunable VCSEL,” IEEE Journal on Selected Topics in Quantum Electronics, vol. 6, no. 6, pp. 978– 987, 2000

19 C. Levallois, V. Bardinal, T. Camps et al., “VCSEL collimation using self-aligned integrated polymer microlenses,” in Micro- Optics 2008, vol. 6992 of Proceedings of SPIE, p. 69920W, April

20. C. Reardon, A. Di Falco, K. Welna, and T. Krauss, “Integrated polymer microprisms for free space optical beam deflecting,” Optics Express, vol. 17, no. 5, pp. 3424–3428, 2009

21 C. Vergnen`egre, T. Camps, V. Bardinal, C. Bringer, C. Fontaine, and A.Munoz-Yag¨ue, “Integrated optical detection subsystem for functional genomic analysis biosensor,” in Photonics Applications in Biosensing and Imaging, vol. 5969 of Proceedings of SPIE, pp. 596912.1–59691210, 2005

22 Chang-Hasnain, C.J., ”15-16 m VCSEL for metro WDM  applications,” 2001 IPRM. IEEE International Conference On Indium Phosphide and Related Materials, vol., no., pp.17-18,

23. Chilwell, J.;Hodgkinson, I. ”Thin-film field-transfer matrix method of planar multilayer waveguides and reflection from prism-loaded waveguides”, J. Opt. Soc. Am. A1 (1984) 742-

24. D. F. Siriani and K. D. Choquette, “Electronically controlled two-dimensional steering of in-phase coherently coupled vertical-cavity laser arrays,” IEEE Photonics Technology Letters, vol. 23, no. 3, pp. 167–169, 2011

25 D. Fattal, J. Li, Z. Peng, M. Fiorentino, and R. G. Beausoleil, “Flat dielectric grating reflectors with focusing abilities,” Nature Photonics, vol. 4, no. 7, pp. 466–470, 2010

26 D. Heinis, C. Gorecki, C. Bringer et al., “Miniaturized scanning near-field microscope sensor based on optical feedback inside a single-mode oxide-confined vertical-cavity surfaceemitting laser,” Japanese Journal of Applied Physics 2, vol. 42, no. 12 A, pp. L1469–L1471,

27. D. J. Hayes, M. E. Grove, D. B. Wallace, T. Chen, and W. R. Cox, “Ink-jet printing in the manufacturing of electronics, photonics, and displays,” in Nanoscale Optics and Applications, vol. 4809 of Proceedings of SPIE, pp. 94–99, July

28. D. M. Hartmann, S. C. Esener, and O. Kibar, “Precision fabrication of polymer microlens arrays,” United States patent 7.771, 630 B2,

29. D. W. Kim, T. W. Lee, M. H. Cho, and H. H. Park, “Highefficiency and stable optical transmitter using VCSEL-directbonded connector for optical interconnection,” Optics Express, vol. 15, no. 24, pp. 15767–15775, 200710 Advances in Optical Technologies

30. Debernardi, P. et al., ”Modal Properties of Long-Wavelength Tunable MEMS-VCSELsWith Curved Mirrors: Comparison of Experiment and Modeling,” IEEE Journal of Quantum Electronics, vol.44, no.4, pp.391-399, April

31. Dissertation, Markus Maute, Walter Schottky Institut, Technische Universit¨at M¨unchen, ”Mikromechanisch abstimmbare Laser-Dioden mit Vertikalresonator”, Vol.81, ISBN 3-932749-81-

32. E. Bosman, G. Van Steenberge, I. Milenkov et al., “Fully flexible optoelectronic foil,” IEEE Journal on Selected Topics in Quantum Electronics, vol. 16, no. 5, Article ID 5404348, pp. 1355–1362, 2010

33 E. C. Mos, J. J. H. B. Schleipen, and H. de Waardt, “Optical mode neural network by use of the nonlinear response of a laser diode to external optical feedback,” Appl. Opt. 36, 665443663,1997.

34. E. M. Strzelecka, D. A. Louderback, B. J. Thibeault, G. B. Thompson, K. Bertilsson, and L. A. Coldren, “Parallel freespace optical interconnect based on arrays of vertical-cavity lasers and detectors with monolithic microlenses,” AppliedOptics, vol. 37, no. 14, pp. 2811–2821, 1998

35 E. Thrush, O. Levi, W. Ha et al., “Integrated semiconductor vertical-cavity surface-emitting lasers and PIN photodetectors for biomedical fluorescence sensing,” IEEE Journal of Quantum Electronics, vol. 40, no. 5, pp. 491–498, 2004

36 G. Kim, X. Han, and R. T. Chen, “Crosstalk and interconnection distance considerations for board-to-board optical interconnects using 2-D VCSEL and microlens array,” IEEE Photonics Technology Letters, vol. 12, no. 6, pp. 743–745, 2000

37 H. A. Davani et al., ”Widely tunable high-speed bulk-micromachined short-wavelength MEMS-VCSEL”IEEE Semiconductor Laser Conference 2010,ISLC 2010, page 14-

38. H. L. Chen, D. Francis, T. Nguyen, W. Yuen, G. Li, and C. Chang-Hasnain, “Collimating diode laser beams from a largearea VCSEL-array using microlens array,” IEEE Photonics Technology Letters, vol. 11, no. 5, pp. 506–508, 1999

39 H. Ottevaere, R. Cox, H. P. Herzig et al., “Comparing glass and plastic refractive microlenses fabricated with different technologies,” Journal of Optics A, vol. 8, no. 7, pp. S407–S429,

40. H. P. Herzig,Micro-Optics, Elements, Systems and Applications, Taylor and Francis, London, UK,

41. H. S. Lee, I. Park, K. S. Jeon, and E. H. Lee, “Fabrication of micro-lenses for optical interconnection using micro ink-jetting technique,” Microelectronic Engineering, vol. 87, no. 5-8, pp. 1447–1450, 2010

42 H. Zappe, Fundamentals of Micro-Optics, Cambridge University Press,

43.  Hofmann, W. et al., ”155-m VCSEL Arrays for High-Bandwidth WDM-PONs,” Photonics Technology Letters, IEEE , vol.20, no.4, pp.291-293, Feb.15,

44. I. S. Chung, P. Debernardi, Y. T. Lee, and J. Mrk, “Transverse- mode-selectable microlens verticalcavity surface-emitting laser,” Optics Express, vol. 18, no. 5, pp. 4138–4147, 2010

45  J. Ingenhoff; , ”Athermal AWG devices for WDM-PON architectures,” Lasers and Electro-Optics Society, 2006. LEOS 2006. 19th Annual Meeting of the IEEE , vol., no., pp.26-27, Oct

46. J. K. Kim, D. U. Kim, B. H. Lee, and K. Oh, “Arrayed multimode fiber to VCSEL coupling for short reach communications using hybrid polymer-fiber lens,” IEEE Photonics Technology Letters, vol. 19, no. 13, pp. 951–953, 2007

47 J. Perchoux and T. Bosch, “Multimode VCSELs for self-mixing velocity measurements,” in Proceedings of the 6th IEEE Conference on SENSORS, pp. 419–422, October

48. J. W. Goodman, A. R. Dias, and L. M. Woody, “Fully parallel, high-speed incoherent optical method for performing discrete Fourier transforms,” Opt. Lett. 2, 1-3, 1978.

49. Jatta, S. et al., ”Bulk-Micromachined VCSEL At 1.55 m With 76-nm Single-Mode Continuous Tuning Range,” Photonics Technology Letters, IEEE , vol.21, no.24, pp.1822-1824, Dec.15,

50. K. Goto, Y. J. Kim, S. Mitsugi, K. Suzuki, K. Kurihara, and T. Horibe, “Microoptical two-dimensional devices for the optical memory head of an ultrahigh data transfer rate and density sytem using a vertical cavity surface emitting laser (VCSEL) array,” Japanese Journal of Applied Physics 1, vol. 41, no. 7 B, pp. 4835–4840, 2002

51K. Hedsten, J.Melin, J. Bengtsson et al., “MEMS-based VCSEL beam steering using replicated polymer diffractive lens,” Sensors and Actuators A, vol. 142, no. 1, pp. 336–345, 2008

52 K. Iga, “Vertical-cavity surface-emitting laser: its conception and evolution,” Japanese Journal of Applied Physics, vol. 47, no. 1, pp. 1–10, 2008

53 K. Ishikawa, J. Zhang, A. Tuantranont, V. M. Bright, and Y. C.Lee, “An integrated micro-optical system for VCSEL-to-fiber active  alignment,” Sensors and Actuators A, vol. 103, no. 1-2, pp. 109–115, 2003

54 K. Petermann,”Laser diode modulation and noise,” in Advances in Optoelectronics T. Okoshi Ed., (Kluwer Academic, Dordrecht, The Netherlands, 1991).

55. K. Rastani, M. Orenstein, E. Kapon, and A. C. Von Lehmen, “Integration of planar Fresnel microlenses with vertical-cavity surface-emitting laser arrays,” Optics Letters, pp. 919–921, 1991

56 K. S. Chang, Y. M. Song, and Y. T. Lee, “Microlens fabrication by selective oxidation of composition-graded digital alloy AlGaAs,” IEEE Photonics Technology Letters, vol. 18, no. 1, pp. 121–123, 2006

57 K. Y. Hung, H. T. Hu, and F. G. Tseng, “Application of 3D glycerol-compensated inclined-exposure technology to an integrated optical pick-up head,” Journal of Micromechanics and Microengineering, vol. 14, no. 7, pp. 975–983, 2004

58 L. A. Coldren, S.W. Corzine, ”Diode Lasers and Photonic Integrated Circuits”, John Wiley & Sons, Inc., New York,

59. L. Chrostowski, “Optical gratings: nano-engineered lenses,” Nature Photonics, vol. 4, no. 7, pp. 413–415,

60 L. Fan, M. C. Wu, H. C. Lee, and P. Grodzinski, “Dynamic beam switching of vertical-cavity surface-emitting lasers with integrated optical beam routers,” IEEE Photonics Technology Letters, vol. 9, no. 4, pp. 505–507, 1997

61  L. G. Kazovsky et al., ”Next-generation optical access networks”, J. Lightwave Technol., vol. 25, no. 11, pp. 3428-3442, Nov

62. L. M. Lechuga, J. Tamayo, M. A´ lvarez et al., “A highly sensitive microsystem based on nanomechanical biosensors for genomics applications,” Sensors and Actuators B, vol. 118, no. 1-2,pp. 2–10, 2006

63 M. C. Wu, L.-Y. Lin, S.-S. Lee, and K. S. J. Pister, “Micromachined free-space integratedmicro-optics,” Sensors and Actuators A, vol. 50, no. 1-2, pp. 127–134, 1995

64 M. C. Y. Huang, Y. Zhou, and C. J. Chang-Hasnain, “Single mode high-contrast subwavelength grating vertical cavity surface emitting lasers,” Applied Physics Letters, vol. 92, no. 17, Article ID 171108,

65. M. M¨uller et al., IEEE PTL, 21, pp . 1615-1617,

66. M. Maute et al., ”MEMS Tunable 1.55-m VCSEL With Extended Tuning Range Incorporating a Buried Tunnel Junction”, IEEE Photonics Technology Letters, vol. 18(5), pp. 688-690,

67. M. Maute, F. Riemenschneider, G. B¨ohm et al., “Micromechanically tunable long wavelength VCSEL with buried tunnel junction,” Electronics Letters, vol. 40, no. 7, pp. 430–431, 2004

68 M.-C. Amann and M. Ortsiefer, ”Long-wavelength (1.3m) InGaAlAs-InP vertical-cavity surface-emitting lasers for applications in optical communications and sensing”, phys. stat. sol. (a) 203 (14),pp. 3538-3544,

69. N. Laurand, C. L. Lee, E. Gu, J. E. Hastie, S. Calvez, and M. D. Dawson, “Microlensed microchip VECSEL,” Optics Express,vol. 15, no. 15, pp. 9341–9346, 2007

70 O. Akanbi, ”Bi-directional dense wavelength division multiplexed systems for broadband access networks”, Ph.D. dissertation, School of Electrical and Computer Engineering, Georgia Institute of Technology,

71. O. Blum, S. P. Kilcoyne, M. E. Warren et al., “Vertical-cavity surface-emitting lasers with integrated refractivemicrolenses,” Electronics Letters, vol. 31, no. 1, pp. 44–45, 1995

72 O. Castany, L. Dupont, A. Shuaib, J. P. Gauthier, C. Levallois, and C. Paranthoen, “Tunable semiconductor vertical-cavity surface-emitting laser with an intracavity liquid crystal layer,” Applied Physics Letters, vol. 98, no. 16, pp. 161105-1–161105-3, 2011

73 O. Soppera, C. Turck, and D. J. Lougnot, “Fabrication of micro-optical devices by self-guiding photopolymerization in the near IR,” Optics Letters, vol. 34, no. 4, pp. 461–463, 2009

74  Patel, R.R. et al., ”Multiwavelength parallel optical interconnects for massively parallel processing,” IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, vol.9, no.2, pp. 657- 666, March-April

75. Pressrelease from LG Ericsson:”LG-Nortel Demonstrates Full WDM-PON Ecosystem at FTTH Council Europe 2010”, 2010-02-24

76 R.Michalzik, A. Kroner, and F. Rinaldi, “VCSEL-based optical trapping for microparticle manipulation,” in Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers XIII, K. D. Choquette and C. Lei, Eds.,vol. 7229 of Proceedings of SPIE, pp. 722908-1–722908-13, 2009

77 S. Eitel, S. J. Fancey, H. P. Gauggel, K. H. Gulden,W. B¨achtold, and M. R. Taghizadeh, “Highly uniform vertical-cavity surface- emitting lasers integrated with microlens arrays,” IEEE Photonics Technology Letters, vol. 12, no. 5, pp. 459–461, 2000

78S. H. Park, Y. Park, H. Kim et al., “Microlensed vertical-cavity surface-emitting laser for stable single fundamental mode operation,” Applied Physics Letters, vol. 80, no. 2, p. 183,

79. S. Healy et al., IEEE J. of Quantum Electronics, Vol. 46, No. 4, pp. 506-512, April

80.S. Heisig, O. Rudow, and E. Oesterschulze, “Scanning nearfield opticalmicroscopy in the near-infrared region using light emitting cantilever probes,” Applied Physics Letters, vol. 77, no.8, pp. 1071–1073, 2000

81 S. S. Lee, L. Y. Lin, K. S. J. Pister, M. C. Wu, H. C. Lee, and P. Grodzinski, “Passively aligned hybrid integration of 8 × 1 micromachined micro-Fresnel lens arrays and 8 × 1 verticalcavity surface-emitting laser arrays for free-space optical interconnect,” IEEE Photonics Technology Letters, vol. 7, no. 9, pp.1031–1033, 1995

82T. Ouchi, A. Imada, T. Sato, and H. Sakata, “Direct coupled packaging of plastic optical fibers on vertical-cavity surfaceemitting lasers with patterned polymer guide holes,” Japanese Journal of Applied Physics A, vol. 41, no. 7 B, pp. 4813–4816, 2002

83 Tayebati, P. et al., ”Half-symmetric cavity tunable microelectromechanical VCSEL with single spatial mode,” Photonics Technology Letters, IEEE , vol.10, no.12, pp.1679-1681, Dec

84.Tobias Gr¨undl et al., ”High-Speed and HighPower Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers based on InP suitable for Telecommunication and Gas Sensing”, SPIE Remote Sensing 2010, Nr: 7828-

85.U. A. Gracias, N. Tokranova, and J. Castracane, “SU8-based static diffractive optical elements: wafer-level integration with VCSEL arrays,” in Photonics Packaging, Integration, and Interconnects VIII, vol. 6899 of Proceedings of SPIE, p. 68990J, January

86.V. Bardinal, B. Reig, T. Camps et al., “A microtip self-written on a vertical-cavity surface-emitting laser by photopolymerization,” Applied Physics Letters, vol. 96, no. 5, Article ID 051114,

87.V. Bardinal, B. Reig, T. Camps et al., “Spotted custom lenses to tailor the divergence of vertical-cavity surface-emitting lasers,” IEEE Photonics Technology Letters, vol. 22, no. 21, Article ID 5560728, pp. 1592–1594, 2010

88 W. H. Cheng et al., ”Spectral characteristics for a fiber grating external cavity laser,” Optical and Quantum Electronics, vol.32, no.3, pp. 339-348, March

89.Y. Fu, “Integration of microdiffractive lens with continuous relief with vertical-cavity surface-emitting lasers using focused ion beam direct milling,” IEEE Photonics Technology Letters, vol. 13, no. 5, pp. 424–426, 2001

90Y. Ishii, S. Koike, Y. Arai, and Y. Ando, “Hybrid integration of polymer microlens with VCSEL using drop-on-demand technique,”in Optoelectronic Interconnects VII; Photonics Packaging and Integration II, vol. 3952 of Proceedings of SPIE, pp. 364– 374, January

91. Z.Wang, Y. Ning, Y. Zhang et al., “High power and good beam quality of two-dimensional VCSEL array with integrated GaAs microlens array,” Optics Express, vol. 18, no. 23, pp. 23900– 23905, 2010

1-1- مقدمه

در این تحقیق هدف ما بررسی دیود لیزری VCSEL و شبکه‏های LNN می‏باشد

اگرچه وارد شدن به تکنولوژی‏های ساخت و تنظیم اشعه‏های تشعشع شده از سطح یک دیود لیزر نیاز به تخصص‏های ویژه در این زمینه دارد ولی در این تحقیق به طور مختصری نظری به این تکنولوژی‏ها داشته‏ایم و روش‏های تنظیم اشعه‏ها با دیورژانس‌های موردنظر و انتخاب مناسب‏ترین صفحه و لنز برای تمرکز اشعه و منظم کردن پرتوها ارائه شده است. در فصل سوم یک شرح کوتاهی از قطعات نوری بسیار کوچک (microoptic) در دو حالت Passive و active بیان شده است که برای جبران انحراف اشعه و طی آزمایشات انجام شده انتخاب شده‏اند. در فصل چهارم یک VCSEL قابل تنظیم در سیستم‏های مخابراتی مدّ نظر است که به شبکه‏های نوری مثل PON به جای روش‏های قدیمی ارسال داده‏ها روی آورده شده است و به این دلیل VCSEL قابل تنظیم است که باید برای طول موج‏های مختلف وقتی عمل انتقال لیزر با شکست روبه‏رو می‏شود و نیاز به جایگزینی دارند فوراً جایگزین فراهم کند

در فصل پنجم به کاربر و لیزر در شبکه‏های عصبی یا LNN می‏پردازیم و روش کار این شبکه‏ها برای کاهش تلفات نوری در طول موج‏های مختلف ارایه شده است و بیشتر روش‏های کاری توسط شکل‏های ارایه شده تفهیم شده است

       1-2- معرفی

در حالت کلی امروزه تکنولوژی به سمت استفاده از لیزر روی آورده است و این به دلیل مزیت‏هایی است که لیزر نسبت به سایر فرکانس‏ها دارد مثلاً می‏توان به ارتباطات ماهواره‏ای لیزر نظری داشت و مزیت‏های لیزر را نسبت به سایر فرکانس‏ها در نظر گرفت به همین دلیل در این تحقیق ما نظر خود را روی گونه‏ی خاصی از لیزر به نام دیود لیزری VCSELو ساختار آن متمرکز کرده‏ایم

در ارتباطات ماهواره‏ای در فرکانس‏های بسیار بالا دامنه‏ای حدود هفت تا هشت برابر بیشتر از سیستم‏‏های فرکانسی رادیویی (RF) دارد که چهار مزیت ایجاد می‏نماید: پهنای باند وسیعتر، زاویه‏های انحراف شعاع کوچکتر، آنتن‏های کوچکتر و نواحی جدید طیف قابل دستیابی

پهنای باند، زوایای انحراف شعاع و سایز آنتن همگی وابسته به طول موج هستند. طول موج‏های RF یا مایکروویو رنج صدها متر تا کمتر از یک سانتی‏متر را می‏پوشانند در حالی که فرستنده‏های لیزری مناسب ارتباطات ماهواره‏ای از کمتر از یک میکرومتر تا 10 میکرومتر را می‏پوشانند. به طور خاص مقایسه بین یک سیستم ارتباطی cm 3 و یک سیستم لیزر µm 1 را در نظر بگیرید. زاویه انحراف شعاع فرستاده شده به طور معکوس با قطر روزنه و به طور مستقیم با طول موج تغییر می‏کند. مقایسه طول لیزر ^6-10×1 با مایکروویو ^2-10×3 و فرض یک آنتن m 3 برای حالت میکروویو و یک آنتن cm 10 برای حالت لیزر، نسبت زاویه 10⁶ را می‏دهد. اگر المان‏های دیگر دو سیستم اجرایی نیز معادل باشند یک میلیونیم توان حالت میکروویو در حالت لیزر نیاز می‏باشد

هم‏چنین در حالت لیزر زوایای انحراف شعاع به میکرو رادیان تقلیل می‏یابد

مزیت مهم و منحصر به فرد فرستنده‏های لیزری، پالس‏های قابل دستیابی بسیار باریک و توان بالایی است که نرخ‏های بالای دیتا را ایجاد می‏کنند. نرخ‏های دیتا می‏تواند در حد چندین گیگابایت بر ثانیه باشد

برای مثال در 5 گیگابایت بر ثانیه حدود یک میلیون کانال تلفن قابل استفاده است. در حال حاضر ارتباطات لیزری (Lasercom) نقش محوری در ارتباطات فضایی دارند

2-2- انواع لیزر

چهار منبع لیزر عبارتند از لیزرهای دیودی ALGaAs ، Nd: YAG پمپ شده توسط ALGaAs ، Nd: YAG دوبل پمپ شده توسط ALGaAs و لیزر Co₂. دیودهای ALGaAs ، Nd: YAG پمپ شده توسط ALGaAs دو منبع اصلی و عملی لیزر در حال حاضر می‏باشند

دیود لیزر، کوچک و بالنسبه کارآمد و نیرومند و همچنین قابل دستیابی در طول موج بالا (نزدیک 8/0 تا 7/1 متر) می‏باشد که به طور مستقیم مدوله می‏شود و پتانسیل عمر طولانی (تقریباً 10⁵ ساعت) دارد. عیب اصلی آن، توان خروجی محدود شده نسبت به دیود است که در بیشتر کاربردها منجر به ترکیب شعاع می‏شود

Nd: YAG پمپ شده توسط ALGaAs مشکلات ترکیب شعاع را از بین می‏برد و تکنیک مدولاسیون پیشرفته‏ای دارد و معمولاً توان کافی جهت لینک وجود دارد. عیب کوچک آن این است که وسایل مدولاسیون الکترونوری بسیار پیشرفته، کاملاً پیچیده هستند و شامل هر دو ساختار Nd: YAG 06/1 میکرومتری و Nd: YAG دوبل 532/0 میکرومتری می‏باشند Nd: YAG پمپ شده دارای مشکل عمر و شیفت طول موج با عمر است

لیزر Co₂ به طور قابل ملاحظه متفاوت از ALGaAs ، Nd: YAG می‏باشد و آن یک لیزر گازی است. لیزر Co₂ توسط یک گاز و شارژ پمپ می‏شود. مقصود این است که اساساً این نوع لیزرها، تیوپ‏های شارژی هستند و دارای مشکلاتی در اثر خلأ، کاتد و آند می‏باشند. لیزرهای Co₂ سه عیب دارند که اول محدودیت طول عمر که به دلیل طبیعت گاز و شارژ است و در واقع Co₂ به طور شیمیایی واکنش داده و با مرور زمان به سمت Co پیش می‏رود. دوم ترکیب پیچیده هتروداین[1] یا آشکارسازی هموداین[2]است که به خاطر نیاز مسیر بحرانی اسیلاتور محلی و میدان‏های سیگنال بر روی سطح کریستال میکرو به وجود می‏آید

سومین عیب، نیاز به آشکارسازهای خنک شده می‏باشد. عامل‏هایی در جهت کم شدن این عیوب به کار می‏رود

با پیشرفت لیزرهای Co₂ موج راهنما به جای گاز و شارژ، طول عمر را افزایش می‏دهد. البته عیب‏های مسیر بحرانی و آشکارسازی هموداین به اندازه‏ی محدودیت طول عمر مهم نیست

تکنولوژی ترکیب توان جهت دیودهای لیزری ALGaAs یک راه عملی افزایش توان و نرخ‏های قابل دسترسی دیتا ایجاد می‏کند. ترکیب کوهرنت[3] در اپتیک مجتمع پیشرفت‏های زیادی در دیود لیزر توسط افزایش شعاع هنگامی که انحراف شعاع کم می‏شود به وجود می‏آورد. به علاوه سطوح توان قابل دسترس بالاتر، جهت فرستنده‏های نرخ دیتا بالا مورد نیاز است. دیودهای لیزری در این سطوح توان، پاسخ‏های پالسی نانوثانیه عرضه می‏کند. برای سیستم‏های چند گیگابایت، پاسخ‏های زیر نانوثانیه نیاز است. افزایش توان خروجی، پهناهای پالسی کمتر و نرخ پالسی بالا جهت ارتباطات چند گیگا بایتی احتیاج می‏باشد

لیزر نیمه هادی ALGaAs در حال پیشرفت است و مشکلاتی مانند شیفت طول موج با افزایش عمر برطرف می‏شود. فرستنده‏های لیزری پیشرفته از تکنولوژی اپتیک مجتمع استفاده می‏کند

3-2- انتخاب لیزر

امروزه طراح سیستم‏های ارتباطی لیزر دو انتخاب جهت منبع لیزری دارد: دیود لیزر نیمه هادی و لیزر پمپ شده Nd: YAG باشد. اما برای بعضی کاربردها، کارایی و وزن دیودهای لیزر هم تراز محدودیت‏هایشان است. اگر چه لیزر پمپ شده  Nd:  YAG  پیچیده‏تر و سنگین‏تر از منبع دیود مستقیم است. شعاع متعادل کننده‏ای جهت ایجاد محدودیت انکسار، از آنتن فرستنده منتشر می‏کند

لیزرهای نیمه هادی جهت فرستنده‏های نوری در ارتباطات ماهواره‏ای یک منبع نوری ایده‏آل می‏باشند و دارای سایز و وزن کم و تأثیر و اعتماد بالا هستند. همچنین این نوع لیزرها به آسانی توسط تزریق جریان مستقیم مدوله می‏شوند

سایر چیپ لیزر تقریباً 200×200×100 میکرومتر با بیشترین وزن و سایز اشغال شده توسط لینک گرمایی Cu است

اثر تبدیل خروجی نوری به ورودی الکتریکی در حدود 35 درصد می‏باشد که لیزرهای نیمه هادی بالاترین اثر را نسبت به سایر منابع لیزری دارند. میانگین طول عمر لیزرهای نیمه هادی در حدود 10⁵ تا 10⁶ ساعت اندازه‏گیری شده است و دیودهای لیزری در دمای اتاق با نرخ بالای GHZ 12 و به طور مستقیم مدوله می‏شوند. مشکل ارتباطات فضایی به دلیل عدم کیفیت بالای وسایل طراحی است که با پیشرفت تکنولوژی لیزر نیمه هادی امید به بهبود می‏باشد

علاوه بر سایز و وزن کم و تأثیر و اطمینان بالا، به دلیل خواص زیر دیود‏های ALGaAs جهت کاربردهای فضایی مناسب هستند

1- انحراف شعاع کم

2- انتشار طول موج لیزرهای ALGaAs (از 8/0 تا 9/0 میکرومتر) که یک پیوند عالی با آشکارسازهای نوری سیلیکان بهمنی (APD)[4] است

3- توان خروجی بیش از ^mv

در ساده‏ترین تجسم دیود لیزر را یک جعبه لیزر سه بعدی در نظر می‏گیریم که در آن الکترون‏ها و حفره‏ها تزریق می‏شوند تا تعداد جمعیت را معکوس نمایند

دیوارهای جعبه، آینه‏های تراش‏دار (در جهت طولی)، لایه‏هایی با اتصال ناجور[5] (در جهت مورب) و اتصال خط (در جهت افقی) می‏باشند. وقتی ولتاژی به دیود در جهت مستقیم (به طرف P) به کاربرده می‏شود تا وقتی باندهای انرژی تخت هستند جریان کمی کشیده می‏شود

ولتاژ V جهت تخت کردن باند‏های انرژی نیاز می‏باشد تا تقریباً انرژی باند خلأ (ev) لایه میانی نزدیک کند. وقتی ولتاژ بیشتر از ولتاژ باند تخت انرژی یا (زانو) می‏شود جریان توسط مقاومت ساختار لیزر (1 تا 5 اهم) محدود می‏شود. خروجی نوری در آستانه کم است و وقتی تعداد کافی حامل‏ها جهت معکوس کردن جمعیت به کار روند خروجی نوری افزایش می‏یابد

4-2- طول عمر لیزر نیمه هادی

طول عمر لیزر نیمه هادی اغلب فرض می‏شود که نمونه‏ای از یک توزیع نرمال لگاریتمی مشابه دیودها و ترانزیستورهای سیلیکاتی و ژرمانیومی می‏باشد. در توزیع نرمال لگاریتمی طول عمر یک اشل زمانی لگاریتمی با توزیع گوسی است

محیط‏های تشعشعی هسته‏ای روی لیزرهای نیمه هادی اثر می‏گذارد. اطلاعات در دسترس نشان می‏دهد که دیودهای لیزری به سطوح تشعشعی ²cm / نوترون 10¹⁴ ، 10⁸- 10⁷ رادیان مجموع دوز تشعشع و 10¹¹ اشعه X سختی بیشتری دارند. در عوض تشعشعاتی ظاهر می‏شوند که جریان آستانه لیزر را افزایش می‏دهند، شیفت طول موج می‏دهند، مد ساختار را عوض می‏کنند و تأخیر زمانی روشن شدن را افزایش می‏دهند

افزایش جریان آستانه لیزر به عنوان یک نتیجه از شعاع الکترون، گاما و نوترون که از کاهش اثر تشعشعی به وجود می‏آید، گزارش شده است. تغییرات مشابه در آستانه لیزر توسط بمباران پروتون رخ می‏دهد ولی نقصان‏های پروتون القاء شده، حفره‏ها را به دام می‏اندازد. نتیجتاً بر خلاف سایر تشعشعات بمباران پروتون جذب اپتیکی را افزایش می‏دهد ولی اثر تشعشعی قابل توجه نیست. معرفی دام‏های غیر تشعشعی اضافی توسط شعاع نوترونی جهت افزایش تأخیر زمانی روشن شدن لیزر پیشنهاد می‏شود. تغییرات در طول موج و مد ساختار لیزر تحت شعاع گاما و الکترون مشاهده می‏شود

به همین دلیل امروزه به دیودهای لیزری مثل VCSEL روی آورده شده است که به دلیل فواید منحصر به فرد آنها مثل کاهش Threshold، عملکرد موازی و اشعه‏های متقارن، قابلیت تست روی ویفر، و مدولاسیون پهنای باند وسیع، امروزه VCSEL ها به عنوان منبع نوری اساسی برای کاربردهای نوری در تجهیزات مخابراتی برای ذخیره‏ی انرژی نوری استفاده می‏شوند. تحقیقات اخیر روی این قطعات نگرانی‏هایی را در مورد افزایش تشعشع در طیف مرئی uv و فروسرخ که به وسیله‏ی طراحی‏های جدید به وجود می‏آید ایجاد کرده است البته این طراحی‏ها باعث بهبود قطعات تشعشعی هم می‏شود. برای این مشکل یک اشعه‏ی کنترلی بسیار دقیق مورد نیاز است. علی‏رغم محدودیت روی دیورژانس اشعه، مخصوصاً در رنج ^°10 تا ^°20 این دیودهای لیزری باید به وسیله‏ی المان‏های microoptical به هم متصل شوند تا عملکرد کل سیستم بهبود یابد و بتوانیم در زمینه‏های کابردی جدید از آنها استفاده کنیم و هدف ما هم متصل کردن المان‏های microoptical به یک VCSEL جهت کنترل خروجی می‏باشد

این دستیابی‏ها با استفاده از هر دو تکنولوژی hybrid  assembly و direct  integration می‏باشد و با توجه به میزان مقاومتشان در برطرف کردن خطاها و مرتب کردن قطعات در سطح ویفر در آزمایشگاه مقایسه می‏شوند

لیزر VCSEL

[1] Heterodyne

[2] Homodyne

[3] Coherent

[4]Avalanche  photodetector

[5] Hetrojunction

برای دریافت پروژه اینجا کلیک کنید